DE102014215465A1 - Subscriber station for a bus system and method for broadband CAN communication - Google Patents
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Abstract
Es ist eine Teilnehmerstation (11; 12) für ein Bussystem (1) und ein Verfahren zur breitbandigen Kommunikation in einem Bussystem (1) bereitgestellt. Die Teilnehmerstation (11; 12) umfasst eine Kommunikationssteuereinrichtung (111; 121) zum Erstellen oder Lesen zumindest einer Nachricht (3; 31, 32; 33; 31, 33) für/von mindestens eine/r weiteren Teilnehmerstation des Bussystems (1), bei welchem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation (11 bis 19) auf eine Busleitung (10) des Bussystems (1) gewährleistet ist, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (111; 121) ausgestaltet ist, Kanalzustandsinformationen gemäß einer im Bussystem (1) für die Teilnehmerstation (11; 12) festgelegten zeitlichen Reihenfolge zum Senden zu erstellen, so dass die Teilnehmerstation (11; 12) die Kanalzustandsinformationen nicht in jeder Nachricht (3; 31, 32; 33; 31, 33) zu senden hat, und wobei die Kanalzustandsinformationen Informationen zur Bestimmung der Kanalcharakteristik zwischen der Teilnehmerstation (11; 12) und der weiteren Teilnehmerstation (12 bis 19; 11, 13 bis 19) des Bussystems (1) umfassen, an welche die Nachricht (3; 31, 32; 33; 31, 33) zu senden ist.There is provided a subscriber station (11; 12) for a bus system (1) and a method for broadband communication in a bus system (1). The subscriber station (11, 12) comprises a communication control device (111, 121) for generating or reading at least one message (3, 31, 32, 33, 31, 33) for / from at least one further subscriber station of the bus system (1), in which an exclusive, collision-free access of a subscriber station (11 to 19) to a bus line (10) of the bus system (1) is ensured, at least temporarily, wherein the communication control device (111; 121) is configured, channel state information according to one in the bus system (1) the subscriber station (11; 12) to establish a time order for transmission so that the subscriber station (11; 12) does not have to transmit the channel status information in each message (3; 31,32; 33; 31,33) and wherein the Channel state information Information for determining the channel characteristic between the subscriber station (11, 12) and the further subscriber station (12 to 19, 11, 13 to 19) of the bus system (1), to wel the message (3; 31, 32; 33; 31, 33) is to be sent.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Teilnehmerstation für ein Bussystem und ein Verfahren zur breitbandigen CAN-Kommunikation, bei welchen eine Kommunikation in einem CAN Bussystem für höhere Geschwindigkeiten über CAN-FD hinaus möglich ist und bei welchem die erforderliche Zeit zur Bestimmung der Kanalzustandsinformationen verkürzt ist.The present invention relates to a subscriber station for a bus system and a method for broadband CAN communication, in which a communication in a CAN bus system for higher speeds beyond CAN-FD is possible and in which the time required for determining the channel state information is shortened.
Stand der TechnikState of the art
Für die Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten hat das CAN-Bussystem eine weite Verbreitung gefunden. Beispielsweise wird es in Automobilen eingesetzt. Beim CAN-Bussystem werden Nachrichten mittels des CAN-Protokolls übertragen, wie es in der CAN-Spezifikation in der
Die Erweiterung des CAN-Standards wurde neben vorrangig funktionalen Ergänzungen, wie z.B. TTCAN, in jüngerer Zeit mit CAN-FD besonders hinsichtlich der möglichen (höheren) Datenrate und der nutzbaren Datenpaketgröße erweitert, wobei die ureigenen CAN-Eigenschaften besonders in Form der Arbitrierung erhalten wurden. Weiterhin wurde die Signaldarstellung im Datenteil im Wesentlichen durch eine höhere Schaltfrequenz der Signalzustände (high/low = hoch/niedrig) geändert. The extension of the CAN standard has been supplemented by primarily functional supplements, such as TTCAN, recently with CAN-FD especially with regard to the possible (higher) data rate and the usable data packet size extended, the original CAN properties were obtained especially in the form of arbitration. Furthermore, the signal representation in the data part was essentially changed by a higher switching frequency of the signal states (high / low = high / low).
Die
Um das CAN Bussystem zu höheren Geschwindigkeiten über CAN-FD hinaus weiterzuentwickeln, existieren Konzepte für die entsprechende Auslegung und Umsetzung der physikalischen Schicht (Physical Layer). Hierzu wird bei einer CAN-basierten Kommunikation die gesendete Information auf einem Kommunikationsbus von mehreren Empfängern gleichzeitig empfangen, welche im Allgemeinen an verschiedenen Stellen des Kommunikationsbusses an die Leitung angeschlossen sind. In order to further develop the CAN bus system at higher speeds beyond CAN-FD, there are concepts for the corresponding design and implementation of the physical layer. For this purpose, in a CAN-based communication, the transmitted information is received on a communication bus from several receivers at the same time, which are generally connected to the line at different points of the communication bus.
Bei Einsatz von hochratiger Kommunikation, wie beispielsweise im mittleren Rahmenteil eines CAN-Rahmens, also zwischen Rahmenkopf und Rahmenende, entstehen Verzerrungen in Form von z.B. Intersymbolinterferenzen (ISI) im Empfangssignal.When using high-rate communication, such as in the middle frame part of a CAN frame, ie between the frame head and frame end, distortions in the form of e.g. Intersymbol interference (ISI) in the received signal.
Für einen robusten Empfang benötigt ein Empfänger Informationen über den Kanalzustand in Form von aktueller Impulsantwort und vorliegenden Störgrößen. Diese Größen hängen im Allgemeinen von der aktuellen Sender-Empfänger-Paarung ab, so dass z.B. die Impulsantwort auf jedem Empfangspfad (verschiedene Sender) für einen Empfänger bekannt sein muss, damit die Nachricht durch Einsatz von Entzerrung robust, im Sinne von hinreichend fehlerfrei, detektiert werden kann. Bei N Teilnehmern TN im Netzwerk existieren i.A. N·(N – 1)/2 unterschiedliche Impulsantworten. Dies begründet sich auf der Tatsache, dass jede Verbindung zwischen zwei Teilnehmern TN eine i.A. unterschiedliche Impulsantwort besitzt, wobei diese zu einem Zeitpunkt richtungsunabhängig, also für Sender TN 1 -> Empfänger TN 2 und Sender TN 2 -> Empfänger TN 1, die gleiche Form besitzt (Reziprozität). For a robust reception, a receiver needs information about the channel status in the form of current impulse response and the present disturbance variables. These quantities generally depend on the current transceiver pairing, so that e.g. the impulse response on each receive path (different transmitters) must be known for a receiver, so that the message can be robustly detected by the use of equalization in the sense of sufficiently error-free. For N subscribers TN in the network i.A. N · (N - 1) / 2 different impulse responses. This is due to the fact that every connection between two subscribers TN has an i.A. has different impulse response, which at a time direction independent, so for transmitter TN 1 -> receiver TN 2 and transmitter TN 2 -> receiver TN 1, the same shape has (reciprocity).
Üblicherweise sind die benötigten Größen zur Kanalcharakterisierung, insbesondere die Kanalimpulsantworten, nicht initial bekannt und auf der Seite eines jeden Empfängers vorhanden. Daher müssen diese, u.a. aufgrund von Temperatureffekten, in regelmäßigen Abständen neu geschätzt bzw. angepasst werden. Für die Schätzung sendet ein Teilnehmer z.B. eine auf allen Seiten bekannte Trainingssequenz, aus deren Empfangssignal die entsprechende Kanalimpulsantwort geschätzt werden kann. Dies kann gleichzeitig an mehreren Empfangsstellen geschehen, so dass im Allgemeinen die Aussendung von N (orthogonalen) Sequenzen zur Charakterisierung des gesamten Netzwerks ausreicht.Usually the required channel characterization quantities, in particular the channel impulse responses, are not initially known and present on the side of each receiver. Therefore, these, u.a. due to temperature effects, be re-estimated or adjusted at regular intervals. For estimation, a participant sends e.g. a known on all sides training sequence from the received signal, the corresponding channel impulse response can be estimated. This can be done simultaneously at several receiving sites, so that in general the transmission of N (orthogonal) sequences is sufficient to characterize the entire network.
Denkbar ist, die Trainingssequenz z.B. im Rahmenkopf des CAN-Rahmens unterzubringen. Problematisch daran ist jedoch, dass die Aussendung der Trainingssequenz ca., 5–25% der zeitlichen Dauer eines CAN-Rahmens benötigt. Dadurch verringert sich die Nettodatenrate des Gesamtsystems im Vergleich zur Bruttodatenrate entsprechend, da die für die Aussendung der Trainingssequenz verwendete Zeit nicht für eine Datenübertragung genutzt werden kann. Dieses Problem wird vor allem in Systemen mit wenigen Teilnehmern bzw. Teilnehmerstationen besonders eklatant.It is conceivable, for example, to accommodate the training sequence in the frame header of the CAN frame. The problem with this, however, is that the transmission of the training sequence requires approximately, 5-25% of the time duration of a CAN frame. As a result, the net data rate of the overall system compared to the gross data rate decreases accordingly, as for the transmission of the training sequence used time can not be used for data transmission. This problem is especially blatant in systems with few subscribers or subscriber stations.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Teilnehmerstation für ein Bussystem und ein Verfahren bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen eine Teilnehmerstation für ein Bussystem und ein Verfahren bereitgestellt werden, welche eine Weiterentwicklung der CAN-Signalstrukturen und notwendigen Kommunikationseinrichtungen zu höheren Datenraten ermöglichen und die erforderliche Zeit zur Bestimmung der Kanalzustandsinformationen minimieren.It is therefore an object of the present invention to provide a subscriber station for a bus system and a method which solve the aforementioned problems. In particular, a subscriber station for a bus system and a method are to be provided which enable a further development of the CAN signal structures and necessary communication devices to higher data rates and minimize the time required for determining the channel state information.
Die Aufgabe wird durch eine Teilnehmerstation für ein Bussystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Teilnehmerstation umfasst eine Kommunikationssteuereinrichtung zum Erstellen oder Lesen zumindest einer Nachricht für/von mindestens eine/r weiteren Teilnehmerstation des Bussystems, bei welchem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation auf eine Busleitung des Bussystems gewährleistet ist, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, Kanalzustandsinformationen gemäß einer im Bussystem für die Teilnehmerstation festgelegten zeitlichen Reihenfolge zum Senden zu erstellen, so dass die Teilnehmerstation die Kanalzustandsinformationen nicht in jeder Nachricht zu senden hat, wobei die Kanalzustandsinformationen Informationen zur Bestimmung der Kanalcharakteristik zwischen der Teilnehmerstation und der weiteren Teilnehmerstation des Bussystems umfassen, an welche die Nachricht zu senden ist.The object is achieved by a subscriber station for a bus system with the features of claim 1. The subscriber station comprises a communication control device for generating or reading at least one message for / from at least one further subscriber station of the bus system, in which at least temporarily an exclusive, collision-free access of a subscriber station to a bus line of the bus system is ensured, wherein the communication control device is configured, channel state information according to a time sequence established in the bus system for the subscriber station for transmission so that the subscriber station does not have to transmit the channel state information in each message, the channel state information comprising information for determining the channel characteristic between the subscriber station and the further subscriber station of the bus system to which the message is to be sent.
Mit der Teilnehmerstation ist eine Nutzung von neuartigen Kommunikationsformaten im mittleren Segment des CAN-Rahmens möglich und zudem die erforderliche Zeit zur Bestimmung der Kanalzustandsinformationen minimiert. With the subscriber station a use of novel communication formats in the middle segment of the CAN frame is possible and also minimizes the time required to determine the channel state information.
Besonders in einem Netzwerk mit nur wenigen Teilnehmerstationen bzw. Teilnehmern wird mit dem von der Teilnehmerstation durchgeführten Verfahren die benötigte Zeit zur Schätzung der Kanalimpulsantworten deutlich verkürzt. Besonders kann die Aussendung der Trainingssequenzen teilnehmerabhängig und nicht mehr nachrichtenabhängig übertragen werden.Particularly in a network with only a few subscriber stations or subscribers, the time required to estimate the channel impulse responses is significantly shortened with the method performed by the subscriber station. In particular, the transmission of the training sequences can be transmitted depending on the participant and no longer message-dependent.
Darüber hinaus ist mit der Teilnehmerstation das CAN Bussystem für höhere Geschwindigkeiten über CAN-FD hinaus so weiterentwickelt, dass wesentliche Anwendungsmerkmale im Einklang zu bestehenden CAN-Prinzipien stehen. Dadurch ist ein Mischbetrieb möglich, bei welchem die für die höheren Geschwindigkeiten ausgelegten Teilnehmerstationen in gemischten Netzwerken mit bestehenden CAN-Teilnehmerstationen oder CAN-Knoten betrieben werden.In addition, with the subscriber station, the CAN bus system has been further developed for higher speeds beyond CAN-FD so that essential application features are in line with existing CAN principles. As a result, a mixed operation is possible, in which the subscriber stations designed for the higher speeds are operated in mixed networks with existing CAN subscriber stations or CAN nodes.
Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation ist je nach Bedarf für den Einsatz auch bei Systemen geeignet, die Datenraten über CAN-FD hinaus verarbeiten können.The subscriber station described above is also suitable for use in systems which can process data rates beyond CAN-FD, as required.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Teilnehmerstation sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.Advantageous further embodiments of the subscriber station are specified in the dependent claims.
Es ist denkbar, dass die festgelegte zeitliche Reihenfolge eine vorbestimmte Zykluszeit ist, nach Ablauf welcher die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, die Kanalzustandsinformationen auszusenden, und die Länge der vorbestimmten Zykluszeit derart gewählt ist, dass innerhalb der vorbestimmten Zykluszeit alle Teilnehmerstationen des Bussystems einmal die Kanalzustandsinformationen gesendet haben können, oder wobei die festgelegte zeitliche Reihenfolge zusätzlich zu der vorbestimmten Zykluszeit umfasst, dass mindestens eine Teilnehmerstation des Bussystems zum sporadischen Senden der Kanalzustandsinformationen ausgestaltet ist.It is conceivable that the predetermined time sequence is a predetermined cycle time after which the communication control device is configured to transmit the channel state information, and the length of the predetermined cycle time is selected such that all the subscriber stations of the bus system have once sent the channel state information within the predetermined cycle time may be, or wherein the fixed time order in addition to the predetermined cycle time comprises that at least one subscriber station of the bus system for sporadically transmitting the channel state information is configured.
Möglicherweise ist die Kommunikationssteuereinrichtung zudem ausgestaltet zur Erstellung der Trainingssequenz innerhalb der vorbestimmten Zykluszeit, um zu realisieren, dass innerhalb dieser vorbestimmten Zykluszeit für alle Teilnehmerstationen des Bussystems einmal eine Trainingssequenz als separater Rahmen ausgesendet wird.Possibly, the communication control device is also designed to generate the training sequence within the predetermined cycle time in order to realize that once a training sequence is sent out as a separate frame within this predetermined cycle time for all subscriber stations of the bus system.
Bevorzugt ist die Kommunikationssteuereinrichtung zudem zum teilnehmerstationsabhängigen Senden der Kanalzustandsinformationen ausgestaltet ist, und/oder es ist möglich, dass die Kanalzustandsinformationen in einer Trainingssequenz der Nachricht enthalten sind.In addition, the communication control device is preferably designed for the subscriber station-dependent transmission of the channel state information, and / or it is possible for the channel state information to be contained in a training sequence of the message.
Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation kann auch eine Speichereinrichtung aufweisen zur Speicherung der Kanalzustandsinformationen, wenn die Nachricht die Kanalzustandsinformationen umfasst.The subscriber station described above may also include memory means for storing the channel state information when the message comprises the channel state information.
Die Kommunikationssteuereinrichtung kann auch ausgestaltet sein zu bestimmen, ob die gelesene Nachricht die Kanalzustandsinformationen aufweist, wobei eine Speichereinrichtung zur Speicherung der Kanalzustandsinformationen ausgestaltet ist, wenn die Kommunikationssteuereinrichtung bestimmt, dass die gelesene Nachricht die Kanalzustandsinformationen aufweist.The communication controller may also be configured to determine whether the read message comprises the channel state information, wherein memory means is configured to store the channel state information when the communication controller determines that the read message comprises the channel state information.
Optional ist es auch denkbar, dass die zuvor beschriebene Teilnehmerstation zudem eine Korrektureinrichtung aufweist zur Korrektur der gelesenen Nachricht anhand der Kanalzustandsinformationen, wobei die Korrektureinrichtung ausgestaltet ist, die Kanalzustandsinformationen aus einer Trainingssequenz der Nachricht oder aus einer Speichereinrichtung zu beschaffen, wenn die Nachricht keine Trainingssequenz umfasst. Optionally, it is also conceivable that the subscriber station described above also has a correction device for correcting the message read based on the channel state information, wherein the correction device is configured to procure the channel state information from a training sequence of the message or from a memory device, if the message does not include a training sequence ,
Gemäß einer Ausgestaltung ist es möglich, die Nachricht neben einem Rahmenkopf und einem Rahmenende nur die Trainingssequenz als Datenteil aufweist, oder in einer anderen Ausgestaltung, dass die Trainingssequenz in einen Datenrahmen als Nachricht eingebettet ist.According to one embodiment, it is possible that the message next to a frame header and a frame end has only the training sequence as a data part, or in another embodiment, that the training sequence is embedded in a data frame as a message.
Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation kann Teil eines Bussystems sein, das zudem eine parallele Busleitung und mindestens zwei Teilnehmerstationen umfasst, welche über die Busleitung derart miteinander verbunden sind, dass sie miteinander kommunizieren können. Hierbei ist mindestens eine der mindestens zwei Teilnehmerstationen eine zuvor beschriebene Teilnehmerstation.The subscriber station described above may be part of a bus system, which also comprises a parallel bus line and at least two subscriber stations, which are connected to one another via the bus line so that they can communicate with each other. In this case, at least one of the at least two subscriber stations is a subscriber station described above.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur breitbandigen Kommunikation in einem Bussystem nach Patentanspruch 10 gelöst. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erstellen oder Lesen, mit einer Kommunikationssteuereinrichtung, zumindest einer Nachricht für/von mindestens eine/r weiteren Teilnehmerstation des Bussystems, bei welchem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation auf eine Busleitung des Bussystems gewährleistet ist, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung Kanalzustandsinformationen gemäß einer im Bussystem für die Teilnehmerstation festgelegten zeitlichen Reihenfolge zum Senden erstellt, so dass die Teilnehmerstation die Kanalzustandsinformationen nicht in jeder Nachricht zu senden hat, und wobei die Kanalzustandsinformationen Informationen zur Bestimmung der Kanalcharakteristik zwischen der Teilnehmerstation und der weiteren Teilnehmerstation des Bussystems umfassen, an welche die Nachricht zu senden ist.The aforementioned object is also achieved by a method for broadband communication in a bus system according to
Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Teilnehmerstation genannt sind.The method offers the same advantages as previously mentioned with respect to the subscriber station.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen. Further possible implementations of the invention also include not explicitly mentioned combinations of features or embodiments described above or below with regard to the exemplary embodiments. The skilled person will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.
Zeichnungendrawings
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings and to exemplary embodiments. Show it:
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen. In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals, unless stated otherwise.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In
Gemäß
Aus diesem Grund sind die Teilnehmerstationen
Gemäß
Der Datenrahmen
In der Speichereinrichtung
Die Kommunikationssteuereinrichtung
Die Teilnehmerstationen
Für die Schätzung der Kanalimpulsantwort h(t) gemäß
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Kanalzustandsinformationen, insbesondere die Kanalimpulsantwort h(t), nicht mit jeder CAN-Nachricht
Gemäß
Besonders in einem Netzwerk mit nur wenigen Teilnehmern bzw. Teilnehmerstationen wie bei dem Bussystem
Ein weiterer Vorteil ist, dass bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Aussendung der Trainingssequenzen
Wie in
Damit kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die notwendige Trainingssequenz
Die Trainingssequenz
Ansonsten ist das Bussystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgebaut wie das Bussystem
Somit senden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Teilnehmerstationen
Auch die Konfiguration gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in einem Netzwerk mit nur wenigen Teilnehmern wie bei dem Bussystem
Gemäß
Dadurch kann auch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, die Aussendung der Trainingssequenzen
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des Bussystems
Das zuvor beschriebene Bussystem
Das Bussystem
Die zyklische Aussendung von Trainingssequenzen
Jede Teilnehmerstationen
Die Verwendung von zyklischen und sporadischen (bzw. im CAN-Rahmen eingebetteten) Trainingssequenzen
Die Trainingssequenzen
Für die Aussendung von separaten bzw. dedizierten Rahmen als Trainingssequenzen
Die Trainingssequenzen
Durch die regelmäßige Beobachtung von Kanaleigenschaften anhand von Kanalimpulsantworten h(t) kann diese zur Erkennung von Veränderungen in den Netzwerkeigenschaften des Bussystems
Eine Verwendung von bidirektionalen Kanalimpulsantworten h(t) kann zur Generierung von Schlüsseln zum Verschlüsseln von Nachrichten, welche einen Schutz der Vertraulichkeit bietet, auf beiden Seiten benutzt werden. Betrachtet man beispielsweise die zwei Teilnehmerstationen
Die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen
Die Partitionierung der zuvor beschriebenen Funktionalität der Datenrahmenerstelleinrichtung
Die Teilnehmerstationen
Das in den Teilnehmerstationen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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